Chimica
Fogli di bismuto, gallio, indio, stagno e piombo possono ora essere realizzati con uno spessore di pochi atomi schiacciandoli ad alta temperatura e pressione tra due zaffiri.
Uno strato di bismuto spesso due atomi, inserito tra due strati di disolfuro di molibdeno.
Fogli di metallo spessi solo due atomi possono essere prodotti schiacciando gocce di metallo fuso a grande pressione tra due zaffiri. I ricercatori che hanno sviluppato il processo affermano che questi materiali insoliti potrebbero avere applicazioni nella chimica industriale, nell’ottica e nei computer.
L’anno scorso, gli scienziati hanno creato un foglio d’oro spesso un solo atomo, che hanno chiamato “goldene” in riferimento al grafene, un materiale costituito da un singolo strato di atomi di carbonio. Tali materiali sono stati descritti come bidimensionali, poiché sono sottili quanto chimicamente possibile.
Tuttavia, la produzione di altri metalli 2D non era stata possibile fino ad ora. La nuova tecnica, sviluppata presso l’Accademia Cinese delle Scienze, può creare fogli 2D di bismuto, gallio, indio, stagno e piombo che sono sottili quanto i loro legami atomici permettono.
Per comprimere il metallo, i ricercatori hanno utilizzato due cristalli di zaffiro estremamente piatti con uno strato sottile di disolfuro di molibdeno (MoS2) come ganasce di una morsa. Hanno posto il metallo in polvere tra queste ganasce, lo hanno riscaldato fino a 400°C fino a formare una goccia, poi lo hanno schiacciato a una pressione enorme fino a 200 megapascals. Il metallo è stato compresso fino a raggiungere uno spessore di pochi atomi – o, nel caso del bismuto, solo due – poi lasciato raffreddare. Quando la pressione è stata rimossa, il metallo 2D è rimasto intrappolato tra i fogli di MoS2, che poi si sono staccati dagli zaffiri.
Il processo è stato concepito otto anni fa, ma solo recentemente ha dato frutti quando il team ha scoperto che gli strati di MoS2 mantenevano stabili i fogli di metallo sottili. “Un singolo strato di atomi di metallo autoportante è semplicemente instabile dal punto di vista termodinamico. Pertanto, abbiamo dovuto sviluppare tecniche completamente nuove,” afferma Du. “Il processo sembra semplice, ma funziona.”
Oltre a creare strati di atomi estremamente sottili, i ricercatori sono stati in grado di regolare con precisione la pressione di compressione e realizzare piastre di metallo di tre, quattro o più atomi di spessore.
I metalli 2D potrebbero avere proprietà insolite che aiutano gli scienziati a esplorare fenomeni quantistici macroscopici e la superconduttività, e potrebbero portare a transistor a bassissimo consumo energetico, display trasparenti per computer e catalizzatori estremamente efficienti per reazioni chimiche.
Un problema è che il MoS2 che incapsula il foglio di metallo non può essere facilmente rimosso. Questo potrebbe essere problematico per alcune applicazioni, ma esperimenti suggeriscono che non influenzano la conduttività elettrica, quindi non impedirebbero l’uso del metallo 2D nei dispositivi elettronici.